第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

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1、第三章二元合金相圖與結(jié)晶主要內(nèi)容：合金、相圖等相關(guān)概念，以及合金的類型；三種基本相圖、及其平衡結(jié)晶過程分析，形成合金的顯微組織及杠桿定律；合金的結(jié)晶過程合金：由金屬元素與其他元素（這些元素可以是金屬元素，也可以是非金屬元素）組成的有金屬特征的金屬材料。思考金屬與非金屬組成的是不是一定就是合金？Fe+CFe(C)合金（鋼）Fe3C(化合物）2.1基本概念組元：組成合金獨(dú)立的最基本單元。組元可以是元素或是穩(wěn)定化合物。Fe(C)合金Fe、C組元Fe、Fe3C組元相：具有相同結(jié)構(gòu)，相同成分和性能（也可以是連續(xù)變化的）并以界面相互分開的均勻組成部分，如液相、固相是兩個(gè)不同的

2、相。工業(yè)純鐵單相鐵素體共析碳鋼鐵素體相、滲碳體相普通陶瓷晶相、玻璃相、氣相組織：用肉眼或顯微鏡觀察到的材料內(nèi)部形貌圖像的統(tǒng)稱（宏觀組織、微觀組織）。組織是影響材料性能的重要因素。相是組織的基本組成部分相同的相，但當(dāng)組成相的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布不同時(shí)，其組織也不同！不同的相構(gòu)成不同的組織！固溶體：溶質(zhì)原子溶入金屬熔劑中形成的合金相稱為固溶體。均一的、保持熔劑金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)發(fā)生一定變化1.晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.固溶體的分類按溶質(zhì)原子所占據(jù)的位置置換固溶體：溶質(zhì)原子一般為半徑相差不大的原子間隙固溶體：溶質(zhì)原子半徑小的非金屬原子（H、O、N、C、B）按固態(tài)溶解度分：有

3、限固溶體：間隙固溶體只能是有限固溶體無限固溶體：無限固溶體只能是置換固溶體形成無限固溶體的必備條件：置換固溶體組元點(diǎn)陣相同原子尺寸相差不大負(fù)電性相同按溶質(zhì)原子在晶格中的分布狀態(tài)分：有序固溶體、無序固溶體2、?置換固溶體⑴概念⑵形成置換固溶體的條件(a)組元的晶體結(jié)構(gòu)類型溶質(zhì)與溶劑晶格結(jié)構(gòu)相同則固溶度較大，反之較小。(b)原子尺寸因素溶劑原子半徑rA與溶質(zhì)原子半徑rB的相對(duì)差(rA-rB)／rA不超過14％~15％，有利于大量固溶，反之固溶度非常有限。上一級(jí)溶劑原子溶質(zhì)原子(c)電負(fù)性因素兩元素的電負(fù)性相差越大，化學(xué)親和力越強(qiáng)，則傾向于形成化合物。(d)電子濃度因素

4、電子濃度定義為合金中價(jià)電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值。上一級(jí)1、?間隙固溶體⑴間隙固溶體的概念⑵形成間隙固溶體的條件d溶質(zhì)∕d溶劑＜0.59原子尺寸較小的溶質(zhì)元素有：C、N、B、H、O⑶Fe—C合金中的間隙固溶體鐵素體奧氏體上一級(jí)3.固溶體的性能固溶強(qiáng)化：固溶體的強(qiáng)度、硬度隨溶質(zhì)原子濃度升高而明顯增加，塑性、韌性稍有下降，這種現(xiàn)象稱為～～。金屬材料重要的強(qiáng)化方式之一，固溶體具有良好的綜合機(jī)械性能（強(qiáng)硬度、塑韌性的綜合），一般作為合金的基體相。正常晶格大原子置換引起的晶格畸變小原子置換引起的晶格畸變間隙原子引起的晶格畸變金屬間化合物：兩組元形成合金時(shí)，當(dāng)超過固溶體的溶解極

5、限時(shí)，形成的一種晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元的新相，稱為金屬間化合物，也稱中間相。晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元金屬性能不同于任一組元金屬一般具有較高的熔點(diǎn)、硬度，較大的脆性1.特點(diǎn)正常價(jià)化合物電子化合物間隙相和間隙化合物2.分類返回相圖是表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關(guān)系的一種簡明示圖，也稱為平衡圖或狀態(tài)圖。是合金體系中材料的狀態(tài)與溫度、成分間關(guān)系的簡明圖解。平衡是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化所達(dá)到一種狀態(tài)。此時(shí)合金系的狀態(tài)穩(wěn)定，不隨時(shí)間而改變。合金在極其緩慢冷卻的條件下的結(jié)晶過程，一般可以認(rèn)為是平衡的結(jié)晶過程。成分溫度表象點(diǎn)

6、2.3二元合金相圖的建立熱分析法時(shí)間溫度凝固開始凝固終了LL+SS時(shí)間溫度溫度成分熱分析法建立Cu-Ni相圖固相線液相線CuNiNi%T,?C2040608010010001100120013001400150010831455L?L+?純銅熔點(diǎn)純鎳熔點(diǎn)液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)液固兩相區(qū)返回由相圖某成分合金在某溫度時(shí)的相由相圖確定給定合金的相變溫度由相圖某成分合金在某溫度時(shí)的兩個(gè)平衡相的成分和相對(duì)質(zhì)量－杠桿定律設(shè)合金的質(zhì)量為Q合金,其中Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%,在T1溫度時(shí),?L相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為a%,?α相中的Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c%。2.2.2相圖的使用合金中含Ni的總

7、質(zhì)量=L相中含Ni的質(zhì)量+α相中含Ni的質(zhì)量因?yàn)樗曰喓蟮觅|(zhì)量分?jǐn)?shù)返回1．勻晶相圖2．共晶相圖3．包晶相圖4.共析相圖2.4典型相圖分析CuNiNi%T,?C2040608010010001100120013001400150010831455L?L+?勻晶相圖abcdT,?CtL?L?L勻晶轉(zhuǎn)變L???冷卻曲線CuNiNi%T,?C2040608010010001100120013001400150010831455L?L+?勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個(gè)恒定的熔點(diǎn)，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶。勻晶合金的結(jié)晶過程勻晶相圖3.固溶體的不平衡結(jié)晶1)工

8、業(yè)生產(chǎn)中合